최소동수경사 평가를 통한 상수 관망 최적 운영관리 프로그램 개발에 관한 연구 = A Study on the Development of a Water Supply Pipe Network Optimal Operation Program through Minimum Hydraulic Gradient Evaluation

국문 초록 (Abstract)

목적 : 본 연구에서는 기존에 개발된 Eulerian path 기반의 상수관망 설계 프로그램을 실제 설계에서 이용할 수 있도록 개선함을 목적으로 추진하였다방법 : 본 연구에서는 프로그램 실행을 위한 메모리 한계를 극복하고자 동적계획법, 정수계획법, 유전자알고리즘,화음탐색법 등을 검토하였다. 그러나 기존 최적화 기법의 적용은 실무자 요구사항을 반영할 수 없는 한계를 가지고 있음을 파악하였다. 따라서 대안적 방법으로 물리적 이론에 기반한 최소동수경사법을 도입해 순차적 관로 제거알고리즘을 확립하였다.
결과 및 토의 : 시범 대상 지역의 EPANET2 입력파일을 이용해 관망해석, 최적경로분석 및 정비된 관망에 대한 관망해석을 통하여 본 프로그램의 우수성과 관망정비 사업의 효과를 입증하였다. 최적경로 분석결과에 따르면, 시범지역인 Y_지역 배수관망의 경우 66개의 관로, 6,465 m의 관로 연장이 제거 또는 정비가 가능한 것으로 분석되었으며, 이는 전체관로 길이의 18.3%에 해당되는 것으로 나타났다.
결론 : 최소동수경사법으로 도출한 최적 관망에 대한 해석결과에 따르면 최소압력수두는 변동이 없으며, 수리적 관점에서 용수공급에 대한 영향은 없는 것으로 평가되었다. 특히 수질적 측면에서 관로길이의 감소로 인한 체류시간의 감소로 최소잔류염소의 농도가 0.011 mg/L 상승하는 것으로 나타나 수질이 개선되는 것으로 분석되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Objectives : The purpose of this study was to improve the previously developed Eulerian path-based water pipenetwork operation program.
Methods : Dynamic programming, integer programming, genetic algorithms, and harmonic search methods werereviewed to overcome memory limitations for program execution. However, it was found that the application ofexisting optimization techniques has limitations. Therefore, as an alternative method, a minimum hydraulic gradientmethod based on physical theory was introduced to establish a sequential pipes removal algorithm.
Results and Discussion : The excellence and the effectiveness of this program were proven through the existingpipe network and optimal path analysis using the EPANET2 input file of the test-bed Y_area. According to theresults of the optimal path analysis, in the case of the Y_ area pipe network, 66 pipes and 6,465 m pipe lengthwere analyzed to be possible for removal or maintenance, which was found to be 18.3% of the total pipe length.
Conclusion : According to the results of the optimal pipe network analysis derived by the minimum hydraulicgradient method, there was little change in the minimum pressure head, and it was evaluated that there was noeffect on water supply from a hydraulic perspective. In particular, in terms of water quality, the minimum residualchlorine concentration was found to increase by 0.011 mg/L due to a decrease in residence time and pipe length,which was analyzed to improve water quality.